检测轨道平顺度的系统和方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及轨道检测技术领域，尤其涉及一种检测轨道平顺度的系统和方法。
【背景技术】
[0002] 近年来，随着科技的发展，许多测量技术都已经自动化。铁路运输是当今经济发展 的大动脉，铁路轨道的平顺度直接影响列车的安全运行。最初，铁路轨道平顺度是纯人工来 进行操作，即，绳正法。两人将一根棉线拉直放到轨道上进行观测找出轨道的偏移量及位 置。但当弦绳长度超过20米时，弦绳因风力、自重和自身张力的影响，难以拉直或无法稳 定，导致检测结果误差较大或无法测量。由于激光具有良好的方向性，发散角小，所以，目前 很多的直线测量问题都采用了激光技术作为辅助的测量手段，至今为止，激光准直技术仍 然是最有效的直线测量手段之一，而且被广泛应用于电梯安装、大坝检测、铁路施工以及大 型几何形位误差测量等领域。
[0003] 拉特激光技术开发有限公司的GPJ-A01型轨道平顺度激光检测仪由激光电子经 炜仪、基准定位靶、移动测量靶组成。将激光经炜仪和基准定位靶分别固定在需要测量的线 路段两侧，此时激光经炜仪发出的激光束中心与基准定位靶的靶心形成的直线与钢轨的作 用边理论上应该是两条平行线，在需要测量的位置用移动测量靶进行测量，由此可以读出 所测位置的高低、方向的偏差值。当钢轨轨道平顺时，激光电子经炜仪发出的激光应当穿过 移动测量靶的靶心以及基准定位靶的靶心。
[0004] 虽然这种技术解决了以前绳正法测量时带来的某些问题，并在一定程度上提高了 效率，但是在数据的读取上仍然存在很多的问题和误差。比如，由于作业时间基本在晚上或 者夜里，光斑位置的光强于周围形成了鲜明的对比，所以对人眼的伤害很大；由于激光本身 存在着漂移，空气气流的随机扰动、大气折射率的不均匀性、引力场的影响及准直系统机械 结构的不稳定性等影响确定光斑中心位置，从而影响数据精度；光斑是一个区域，并非一个 点，在人工估算光斑中心点的坐标的时候难免会有一定的误差。
【发明内容】
[0005] 本发明的目的在于克服现有技术中存在的上述问题，提供一种更智能和精确的对 于轨道平顺度进行检测的系统和方法。
[0006] 为实现以上目的，本发明提出一种检测轨道平顺度的系统，所述检测轨道平顺度 的系统包括激光发射仪、目标靶、摄像设备以及数据处理设备；其中，所述目标靶的靶面使 用半透光材质制成，所述激光发射仪位于目标靶的前方，所述摄像设备位于目标靶的后方， 并且摄像设备的摄像头的中心水平线正对目标靶靶面的中心；所述摄像设备的摄像头用于 捕获激光发射仪的激光在所述目标靶的靶面所形成的光斑图像；所述数据处理设备与摄像 设备连接，所述数据处理设备用于获取所述光斑图像，并对光斑图像进行处理以获得光斑 的位置。
[0007] 根据本发明的一个方面，所述数据处理设备包括获取设备，识别设备，光斑中心坐 标获取设备以及平顺度计算设备；其中，所述获取设备用于获取来自所述摄像设备的所述 光斑图像；所述识别设备用于识别出来自所述获取设备的光斑图像中的光斑；所述光斑中 心坐标获取设备用于获取来自识别设备的光斑图像中光斑的中心坐标；所述平顺度计算设 备用于根据光斑中心坐标获取设备获得的光斑中心坐标和基准点坐标来计算轨道的平顺 度。
[0008] 根据本发明的一个方面，所述数据处理设备还包括预调整设备，所述预调整设备 用于对获取设备获取的光斑图像进行预调整并将预调整后的图像交由识别设备进行处理。
[0009] 根据本发明的一个方面，所述预调整包括对图像自动进行亮度、对比度、白平衡和 饱和度的调整以提高光斑图像的质量。
[0010] 根据本发明的一个方面，所述数据处理设备还包括光线强度设定设备，用于设置 不同的环境模式，所述预调整设备用于根据设定的环境光线强度对光斑图像进行相应的预 调整。
[0011] 根据本发明的一个方面，所述数据处理设备还包括步长选择设备，用于在弯道和/ 或坡道检测时选择移动步长，所述平顺度计算设备用于在计算平顺度时根据补偿的移动步 长、光斑中心坐标和基准点坐标来计算轨道的平顺度。
[0012] 根据本发明的一个方面，所述数据处理设备还包括光斑判断设备，用于判断识别 设备输出的图像是否含有光斑或光斑是否清晰，如果清晰，则发送至光斑中心坐标获取设 备进一步处理，否则，通知获取设备获取下一幅光斑图像。
[0013] 根据本发明的一个方面，所述识别设备包括用于提取光斑轮廓的提取设备以及用 于对图像进行滤波处理的图像平滑设备，其中所述提取设备用于采用边缘检测算子对光斑 图像进行轮廓提取并转化为二值图像；所述图像平滑设备用于对光斑图像进行平滑处理以 使得光斑的二值图像边缘轮廓更加清晰。
[0014] 根据本发明的一个方面，所述数据处理设备还包括阈值设定设备，用于设定时间 阈值或者数量阈值；还包括阈值判断设备，用于判断获取光斑图像的时长是否处于时间阈 值内或者获取的光斑中心坐标数量是否达到数量阈值，当未超过时间阈值或数量阈值时， 通知获取设备继续获取图像，当达到或超过时间或数量阈值时，将获得的所有光斑中心坐 标发送给平顺度计算设备；所述平顺度计算设备用于计算所有光斑中心坐标的平均值作为 最终的光斑中心的坐标，以进行平顺度的计算。
[0015] 本发明还提出了一种检测轨道平顺度的方法，所述方法包括：启动激光发射仪； 摄像设备捕获位于所述摄像设备和激光发射仪之间的目标靶靶面上所形成的光斑图像；其 中，所述目标靶靶面由半透光材质制成，所述摄像设备的摄像头的中心水平线正对目标靶 靶面的中心；数据处理设备获取所述光斑图像，并对光斑图像进行处理以获得光斑的位置。
[0016] 根据本发明的一个方面，所述数据处理设备获取所述光斑图像，并对光斑图像进 行处理以获得光斑的位置包括：光斑图像获取步骤，获取来自摄像设备的光斑图像；光斑 识别步骤，识别光斑图像中的光斑；光斑中心坐标获取步骤，获得光斑中心坐标；平顺度计 算步骤，根据光斑中心坐标和基准点坐标计算轨道的平顺度。
[0017] 根据本发明的一个方面，所述光斑识别步骤包括：提取光斑轮廓，包括采用边缘检 测算子对光斑图像进行轮廓提取并转化为二值图像；对图像进行滤波处理，包括利用图像 平滑处理方法对光斑图像进行处理以使得光斑的二值图像边缘轮廓更加清晰。
[0018] 根据本发明的一个方面，所述方法还包括：在光斑图像获取步骤后以及在光斑识 别步骤之前对光斑图像进行预调整。
[0019] 根据本发明的一个方面，所述预调整包括对图像自动进行亮度、对比度、白平衡和 饱和度的调整以提高光斑图像的质量。
[0020] 根据本发明的一个方面，所述光斑中心坐标获取步骤包括利用圆拟合方法确定光 斑轮廓的中心。
[0021] 根据本发明的一个方面，在对光斑图像进行预调整前，选择环境光线强度；所述对 光斑图像进行预调整包括根据环境光线强度对光斑图像进行相应的预调整。
[0022] 根据本发明的一个方面，所述方法还包括步长选择步骤，在弯道和/或坡道检测 时选择移动步长；在所述平顺度计算步骤中，根据补偿的移动步长、光斑中心坐标和基准点 坐标来计算轨道的平顺度。
[0023] 根据本发明的一个方面，所述方法还包括光斑判断步骤，用于判断在光斑识别步 骤后输出的图像是否含有光斑或光斑是否清晰，如果清晰，则执行光斑中心坐标获取步骤， 否则，执行光斑图像获取步骤以获取下一副图像。
[0024] 根据本发明的一个方面，所述方法还包括阈值设定步骤，设定时间阈值或者数量 阈值；还包括阈值判断步骤，位于平顺度计算步骤之前，判断获取光斑图像的时长是否处 于时间阈值内或者获取的光斑中心坐标数量是否达到数量阈值，当未超过时间阈值或数量 阈值时，继续执行光斑图像获取步骤，当达到或超过时间或数量阈值时，执行平顺度计算步 骤；在平顺度计算步骤中，计算获取的所有光斑中心坐标的平均值作为最终的光斑中心的 坐标，以进行平顺度的计算。
【附图说明】
[0025] 图1是本发明提出的检测轨道平顺度的系统组成图；
[0026] 图2是根据本发明一个实施例的检测轨道平顺度的方法的流程图；
[0027] 图3是对光斑图像预处理后的图像示意图；
[0028] 图4是对光斑图像进行光斑识别后的图像示意图；
[0029] 图5是获得光斑图像中心坐标的不意图；
[0030] 图6是根据本发明另一实施例的检测轨道平顺度的方法的流程图；
[0031] 图7是根据本发明一个实施例的数据处理设备的组成结构图。
【具体实施方式】
[0032] 以下所述为本发明的较佳实施实例，并不因此而限定本发明的保护范围。
[0033] 如图1所示，本发明提出的检测轨道平顺度的系统包括激光发射仪、目标靶、摄像 设备以及数据处理设备。其中，所述目标靶的靶面使用半透光材质，并且位于目标靶后方的 所述摄像设备的摄像头的中心水平线正对目标靶靶面的中心。当位于目标靶前方的激光发 射仪的激光打开时，光线投射到目标靶的靶面形成光斑。由于目标靶由是半透光材质制作， 所以在位于目标靶后方的摄像头一侧可以清晰的看到光斑的投影。摄像设备的摄像头捕获 光斑所形成的图像。与摄像设备相连的数据处理设备用于对所形成的图像进行分析，获取 光斑的位置。在一个实施例中，所述数据处理设备可获取光斑中心坐标，并与基准点坐标进 行比较以确定轨道的平顺度。
[0034] 图2示出了根据本发明一个实施例的获取光斑位置的方法流程图。
[0035] 步骤S100,获取来自摄像设备的光斑图像。
[0036] 步骤S101，对光斑图像进行预调整。